赵龙
【摘 要】叉车线束在实际装配过程中的问题较多，装错、线束损坏/烧蚀、整车布线凌乱等状况经常发生。同时，叉车线束的成本在所有车用电器中占有很大比重，出现问题就损失严重。本文从线束走向的优化、常用功能集成到车架线束、发散式设计改成阶梯式、不常用功能单独做过渡线实现、发散式改成先集中后分散方式5个方面出发，对线束进行优化设计改进，结果表明：优化后的设计可以简化线路和装配流程，减少物料种类，降低管理成本。
【关键词】线束优化；
集成化设计；
阶梯式设计
中图分类号：U463.62 文献标志码：A 文章编号：1003-8639（ 2023 ）06-0088-03
Optimal Design of Forklift Wiring Harness
ZHAO Long
（Shandong Liugong Forklift Co.，Ltd.，Linyi 276000，China）
【Abstract】There are many problems in the actual assembly process of forklift wiring harnesses，such as mis-assembly，damage or ablation of wiring harnesses，and messy layout of vehicle wiring harnesses. At the same time，the cost of forklift wire harness occupies a large proportion in all automotive electrical appliances，and the loss is serious when problem occurred. The wiring harness has been optimized from five aspects：the optimization of wiring harness layout，the integration of common functions into the frame wiring harness，ladder-type structure design，the realization of the transition line for the uncommon functions alone，and the centralized and then decentralized method in the paper. The results show that the electrical circuit and assembly process are simplified，the types of materials and management cost are reduced after the design optimization.
【Key words】wiring harness optimization；
integrated design；
ladder-type structure design
1 引言
不管是內燃机驱动还是动力电池驱动，车架线束都是叉车电器部件的重要组成部分，其完整的生产流程一般包括主机厂电器人员设计、线束供方图纸转化、生产用图纸生成、制造路线工艺把控、线束品质管控和合格品出厂发货这几个主要过程。其中，只有线束的三维数模生成、二维图纸出图以及技术要求编写是在主机厂进行，其他生产制造相关流程都是由线束厂家完成。也就是说，主机厂内的线束设计是源头，只有从源头上保证好产品品质，供方才可能交出满意的产品。
2018年，李德军[1]对商用车线束进行优化设计，并且从原理设计优化、电器零部件开发优化、线束回扎设计、线束品种归类和模块化设计等不同方面展开，为线束优化设计提供了思路，但是缺少详实的设计实例。2019年，王俊兰[2]对混凝土泵车线束做了优化设计，通过采用就近布置线束以及采用专用装置固定线束等措施，以实现节约成本、提高线束维修性的效果。2020年，黄江涛[3]聚焦汽车线束设计阶段的降成本研究，通过架构优化、控制器集成、线束布置优化等方法，达到了汽车线束降成本的目的。2022年，郑艺[4]从能源安全和生态环境的角度出发，提出汽车线束轻量化设计的概念，并且从铝导线应用、导线小型化、线束总体布局设计等方面实践，论证了电气系统轻量化的可行性。
本文主要从5个方面入手对叉车车架线束进行改进，其集成化设计能减少物料种类，降低设计变更的频率，也能避免冗余物料的设计和出图，大大提高了车架线束的通用化程度，同时物料种类的减少，给现场的物料管理提供了方便，降低了管理成本。而阶梯式的防错设计减小了装配难度，提高了电气线路的安全性。其他方面的优化也给整车电气系统的稳定性、可靠性、装配效率带来了明显提升。
2 线束的优化设计
2.1 线束走向的优化
电动叉车主要由电池、电机、电控三电系统组成，在实际的叉车使用过程中，三电系统的温升是需要关注的重点问题。线束作为连接三电系统、电压转换器、用电设备的媒介，其固定位置和走向需要避开发热严重区域，避免线路被烧蚀或烫伤，保证线路传输的安全。在电动叉车连续工作，尤其是在重工况下，电池和电机的发热是比较严重的。依据动力电池温升曲线图（图1）和电机温升曲线图（图2）可知，动力电池的温度一般可以达到50℃以上，电机的温度可以达到100℃以上，这样的高温会给线束带来自燃的危险。常用做法是在电池的正下方设计一块隔板，这样主线束从控制器出来，从隔板下面穿过，这样可以避免在电池吊装的过程中对线束造成挤压、磨损。由于距离电池很近，隔板为金属板，隔热效果不好，所以很容易造成管线路高温灼伤。车架线束走向示意如图3所示，对线路布局优化后，从车尾部控制器出来，线束从车架的侧面向前延伸，避开了动力电池、泵电机和牵引电机，可最大程度上减小发热部件温升对线束的影响。
2.2 常用功能集成到车架线束
常用功能全部集成到车架线束，减少多根线束搭配使用的情况，减少了物料种类，简化了装配流程，缩短工时的同时，装配难度减低。
目前电动叉车的动力电池主要有铅酸电池和锂离子电池两种。
1）铅酸电池以其稳定的化学性质、高安全性、价格低廉等优势，在电动叉车发展的初始阶段，被各大主机厂青睐和批量应用。随着铅酸蓄电池在叉车上的推广，其短板也逐渐暴露出来。首先就是能量密度低、储能少，无法满足叉车在强工况、恶劣环境下持续工作的需求，而频繁充电造成叉车的工作效率降低，这是很多叉车客户不能容忍的。其次，铅酸电池因为是通过电解液的化学变化实现充放电，充电过程产生的蒸汽需要及时从电池内部排出，以避免因电池内外压强失衡严重造成安全隐患和电池寿命的缩短，所以每次充电都需要打开铅酸电池的加液盖，补充电解液和排气。这给电池充电过程增加了很多工序，而且每次都需要打开机罩，充电步骤繁琐。此外，电池电量的读取是通过测量电解液的密度间接计算出来的，仪表显示的电量往往不准确，这就造成电量显示的剩余电量充足，实际蓄电池已经是低电量或者亏电状态，从而使叉车行走或者举升动作受到影响。
2）随着电池技术的发展和电池种类的增加，锂电池的出现可以完美避免上面的问题。与铅酸电池相比，锂电池的能量密度大、使用寿命长、工况适应范围广，这些优势使其在电动叉车上的应用越来越广泛。但是锂电池的电量显示需要通过通信CAN+和CAN-线读取，动力电池通信口孔位定义如图4所示，751是CAN+线，750是CAN-线，340和341是电池内部通断控制线。锂电池因其具备智能化的BMS（电池管理）系统，电池电量的读取精确度高、实时性强，而且一般在电池的小仪表就可以看到，具备了可视化设计。由于锂电池无可比拟的优势，铅酸电池向锂电池切换的趋势越发明显。早期优化前的线束设计如图5所示。由于早期的线束匹配的是铅酸电池，并没有使用CAN信号读取电池电量的需求，早期锂电池的引入，基本可以通过外加过渡线满足。随着锂电池使用量的增加，锂电池在叉车动力电池的比重加大，已逐步成为电动叉车的主流配置。集成化线束设计如图6所示，CAN通信线和控制电池内部供电通断的电源线，可以集成到车架线束上，这样，常用功能作为标配组合到主线束，避免了使用过渡线造成的车内布线凌乱，同时减少了物料种类，减小了装配难度。
2.3 发散式设计改成阶梯式
发散式设计（图7）是一种简单、原始的设计方式。相互独立的各个小分支的插件类型存在差异的情况下，比如插件的型号不同，或者插件型号相同，但实际连接线路的数量或者位置不同，则可以区分不同的分支，可避免在装配过程中插错。不同分支的插件型号相同，仅用号码标识不同的分支或者没有标识，就极易在装配中出现差错。而阶梯式设计（图8）可完美解决以上情况造成的错误，不管插件型号相同还是不同，阶梯式布局都可以直观、简约地传递给操作者正确的对接方式。因为这种设计方式是随着车架线束的整体走向，跟相应的电器负载的预留插件位置一一对应的，所以每个分支的对接位置可以直接展示出来，减小了操作人员识别对接位置的难度，属于防错设计的一种。通过这种设计方式的改进，可以实现“傻瓜式操作”的目的，降低装配难度的同时也能防止插错。
2.4 不常用功能单独做过渡线实现
在产品定义阶段，根据车辆销售地区不同以及使用工况的差异，不常用功能可以通过另加1根过渡线实现，避免了每根车架线束都预留不常用插接件，造成成本的增加。比如，国内部分地区销售的车型，对OPS电磁阀限制起升下降速度一般没有要求，那就可以取消该功能开关的预留口。根据车辆实际使用的工况，弯道减速功能在国内绝大部分地区没有强制要求，弯道减速的功能开发初衷是转急弯时车辆自动减速，以达到防止车辆侧倾或翻转，保护驾驶员人身安全，属于主动安全配置的一种。实际上，該功能开发并不完善，弯道减速的减速大小和控制过程，需要在主机厂内反复调试和行驶才能确定其相应功能的控制器参数。车辆交付客户使用后，很多用户不适应弯道减速调节的程度，往往会直接拔掉角度传感器检测转角的插件，使此功能失效。所以可以根据市场需求，在主线束不做此功能的预留，只在有要求的订单中通过外加1根过渡线实现。
2.5 发散式改成先集中后分散方式
不同的车型，电器设备在叉车上分布情况存在差异，在电器负载比较集中的区域，需要进行合理的线束布局设计。比如在车辆前方仪表架中间位置，仪表、电锁、旋转警示灯开关、喇叭按钮、灯光组合手柄、前进后退挡位手柄都集中在此位置。从车架线束的同一位置出线，不同负载对应不同分支，只是实现了给负载连通信号的作用。布局优化前线束如图9所示，从主线路出来的小分支过多，会给实际装车布线和捆扎固定带来困难，增加了装配员工的工作压力，而且多个分支在仪表罩内交错缠绕，极易与方向机柱等结构件碰撞、摩擦，产生异响，增加了线路损坏的风险。
设计优化改进后，从原始的发散式设计改成先集中后分散方式（图10），也就是从主线束先出来总分支，尽量避开结构件后再分出小分支连接相应负载，总分支线比较粗，外面用波纹管防护，可有效保护线路避免磨损。小分支长度大大减小，避免上述问题的同时，整个布局也会更加整洁美观。
3 结论
车架线束普通又常见，但是要做出设计合理、成本低廉的产品确实需要多思考。本文通过在不同方面对车架线束进行设计优化，不仅减小了线束制造的难度，降低了车架线束制作门槛，同时也简化了装配流程，方便了线束的实际装车。线束走向的优化，充分考虑了线束在车架内的空间利用，排除了不良影响，提高了电器线路的安全性。
参考文献：
[1] 李德军，辛瑜，徐峰，等. 商用车线束优化设计[J]. 汽车电器，2018（9）：70-71.
[2] 王俊兰，刘来，万林林，等. 混凝土泵车线束优化设计[J]. 建筑机械化，2019，40（10）：34-36.
[3] 黄江涛，刘广浩，李凯，等. 汽车线束设计阶段降成本的研究与应用[J]. 汽车零部件，2020（11）：54-57.
[4] 郑艺. 汽车线束轻量化设计方法[J]. 北京汽车，2022（2）：28-31.
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